COSMO [1] [2] es la abreviatura de " CO nductor-como S creening MO del", un método de cálculo para la determinación del electrostática interacción de una molécula con un disolvente . El método se usa comúnmente en química computacional para modelar efectos de solvatación .
COSMO trata cada disolvente como un continuo con una permitividad ε y, por lo tanto, pertenece al grupo de modelos de "solvatación continua". Como en todos estos modelos, COSMO aproxima el solvente por un continuo dieléctrico, rodeando las moléculas de soluto fuera de una cavidad molecular. En la mayoría de los casos, se construye como un conjunto de esferas centradas en átomos con radios aproximadamente un 20% más grandes que el radio de Van der Waals . Para el cálculo real, la superficie de la cavidad se aproxima por segmentos, por ejemplo, hexágonos, pentágonos o triángulos.
A diferencia de otros modelos de solvatación de continuo, COSMO deriva las cargas de polarización del continuo, causadas por la polaridad del soluto, a partir de una aproximación de conductor escalado. Si el solvente fuera un conductor ideal, el potencial eléctrico en la superficie de la cavidad debe desaparecer. Si se conoce la distribución de la carga eléctrica en la molécula, por ejemplo, a partir de la química cuántica, entonces es posible calcular la carga q * en los segmentos de superficie. Para solventes con constante dieléctrica finita, esta carga q es menor en aproximadamente un factor ƒ ( ε ):
El factor ƒ ( ε ) es aproximadamente
donde el valor de x debe establecerse en 0,5 para moléculas neutras y en 0,0 para iones, consulte la derivación original. [2] Debe tenerse en cuenta que el valor de x se establece erróneamente en 0 en la muy popular reimplementación C-PCM de COSMO en gaussiano.
A partir de las cargas de disolvente q así determinadas y la distribución de carga conocida de la molécula, se puede calcular la energía de la interacción entre el disolvente y la molécula de soluto.
El método COSMO se puede utilizar para todos los métodos de química teórica en los que se puede determinar la distribución de carga de una molécula, por ejemplo, cálculos semiempíricos, cálculos del método Hartree-Fock o cálculos de la teoría funcional de la densidad (física cuántica). [1]
Variantes e implementaciones
COSMO se ha implementado en varios códigos de química cuántica o semi-empíricos como ADF , GAMESS-US , Gaussian , MOPAC , NWChem , TURBOMOLE y Q-Chem . También se ha desarrollado una versión COSMO del modelo continuo polarizable PCM. Dependiendo de la implementación, los detalles de la construcción de la cavidad y los radios utilizados, los segmentos que representan la superficie de la molécula y el valor x para la función de escala dieléctrica ƒ ( ε ) pueden variar.
Comparación con otros métodos
Mientras que los modelos basados en la expansión multipolar de la distribución de carga de una molécula se limitan a moléculas pequeñas, cuasi esféricas o elipsoidales, el método COSMO tiene la ventaja de que puede aplicarse a estructuras moleculares grandes y de forma irregular.
En contraste con el modelo continuo polarizable (PCM), que usa las condiciones de frontera dieléctricas exactas, el método COSMO usa la función de escala aproximada f ( ε ). Aunque la escala es una aproximación, resultó proporcionar una descripción más precisa de la llamada carga periférica, reduciendo el error correspondiente. Una comparación de métodos [3] de COSMO y el formalismo de ecuaciones integrales PCM (IEFPCM), que combina las condiciones de frontera dieléctricas exactas con un error de carga periférico reducido, mostró que las diferencias entre los métodos son pequeñas en comparación con las desviaciones de los datos de solvatación experimentales. Los errores introducidos al tratar un disolvente como un continuo y, por lo tanto, descuidar efectos como el enlace de hidrógeno o la reorientación son, por tanto, más relevantes para reproducir datos experimentales que los detalles de los diferentes métodos de solvatación del continuo.
Ver también
Referencias
- ^ a b A., Klamt; G., Schüürmann (1993). "COSMO: un nuevo enfoque para el cribado dieléctrico en disolventes con expresiones explícitas para la energía de cribado y su gradiente". J. Chem. Soc . Perkin Trans.2. 2 (5): 799–805. doi : 10.1039 / P29930000799 .
- ^ a b Klamt, Andreas (2005). De la química cuántica a la termodinámica de fase fluida y el diseño de fármacos . Boston, MA, EE.UU .: Elsevier. ISBN 9780444519948.
- ^ Klamt, A .; Moya, C .; Palomar, J. (2015). "Una comparación completa de los métodos de solvatación continua IEFPCM y SS (V) PE con el enfoque COSMO" . Revista de teoría química y computación . 11 (9): 4220–4225. doi : 10.1021 / acs.jctc.5b00601 . PMID 26575917 .